IGBT的结构原理及特性演示幻灯片.ppt

现代电力电子技术,3.5,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,CONTENT,IGBT,的基本结构和工作原理,3.5.1,IGBT,的工作特性,3.5.2,IGBT,的主要参数,3.5.3,1 IGBT,简介,IGBT,，绝缘栅双极晶体管（,Insulated Gate Bipolar Transistor,），它是由,BJT,（双极结型晶体管）和,MOSFET,（绝缘栅型场效应管）组合而成的全控型、电压驱动型半导体器件。,BJT,（,Bipolar Junction Transistor,）双极结型晶体管主要特征是：,耐压高、电流大、开关特性好。,缺点：,驱动功率大、驱动电路复杂、开关速度慢MOSFET,绝缘栅型场效应管主要特征是：,驱动电路简单，所需要的驱动功率小；开关速度快、工作频率高。,缺点：,电流容量小、耐压低,英飞凌,IGBT,三菱,IGBT,IGBT,被广泛用于电动汽车、新能源装备、智能电网、轨道交通、和航空航天等领域，,IGBT,是能源变换和传输的最核心器件，俗称电力电子装置的,CPU,，是目前最先进、应用最广泛的第三代半导体器件，作为国家战略新兴产业，,IGBT,在涉及国家经济安全、国防安全等领域占据重要地位。,2 IGBT,的国内外研究现状,纵观全球市场，,IGBT,主要供应厂商基本是欧美及几家日本公司，它们代表着目前,IGBT,技术的最高水平，包括德国英飞凌、瑞士,ABB,、美国,IR,、飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。在高电压等级 领域（,3300V,以上）更是完全由其中几家公司所控制，在大功率沟槽技术方面，英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。这些公司不仅牢牢控制着市场，还在技术上拥有大量的专利。,国外,近几年，国内,IGBT,技术发展也比较快，国外厂商垄断逐渐被打破，已取得一定的突破，国内,IGBT,行业近几年的发展大事记：,（,1,）,2011,年,12,月，北车西安永电成为国内第一个、世界第四个能够封装,6500V,以上,IGBT,产品的企业。,（,2,）,2013,年,9,月，中车西安永电成功封装国内首件自主设计生产的,50A/3300V IGBT,芯片；,（,3,）,2014,年,6,月，中车株洲时代推出全球第二条、国内首条,8,英寸,IGBT,芯片专业生产线投入使用；,（,4,）,2015,年,10,月，中车永电,/,上海先进联合开发的国内首个具有完全知识产权的,6500V,高铁机车用,IGBT,芯片通过高铁系统上车试验；,（,5,）,2016,年,5,月，华润上华,/,华虹宏力基于,6,英寸和,8,英寸的平面型和沟槽型,1700V,、,2500V,和,3300V IGBT,芯片已进入量产。,国内,1,的基本结构,三端器件：栅极,G,、集电极,C,、发射极,E,。,IGBT,的结构、简化等效电路和电气图形符号,a),内部结构示意图,b),简化等效电路,c),电气图形符号,的工作原理,的驱动原理与电力基本相同，是一种场控器件，其开通和关断,由栅射极电压,u,GE,决定；,导通：,u,GE,大于,开启电压,U,GE(th),时，,MOSFET,内形成沟道，为晶体管提供基极电流，,IGBT,导通；,关断：栅射极间施加反压或不加信号时，,MOSFET,内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，,IGBT,关断。,1,静态特性,图,IGBT,的转移特性和输出特性,a),转移特性,b),输出特性,动态特性,IGBT,的开关特性,（）,IGBT,的开通过程,开通延迟时间,t,d(on),从,u,GE,上升至其幅值,10%,到,i,C,上升到幅值的,10%,的时间,；,上升时间,t,r,i,C,从幅值的,10%,上升至,90%,所需时间；,开通时间,t,on,开通延迟时间与上升时间之和。,即：,ton=td(on)+tr,u,CE,的下降过程分为,t,fv1,和,t,fv2,两段。,t,fv1,IGBT,中,MOSFET,单独工作的电压下降过程；,t,fv2,MOSFET,和,PNP,晶体管同时工作的电压下降过程,。,（,2,）,IGBT,的关断过程,关断延迟时间,t,d(off),从,u,GE,后沿下降到其幅值,90%,的时刻起，到,i,C,下降至幅值的,90%,；,下降时间,tf,i,C,从幅值的,90%,下降至,10%,的时间；,关断时间,t,off,关断延迟时间与下降时间之和。,即：,toff=td(off)+tf,下降时间又可分为,t,fi1,和,t,fi2,两段。,t,fi1,IGBT,内部的,MOSFET,的关断过程，,i,C,下降较快,t,fi2,IGBT,内部的,PNP,晶体管的关断过程，,i,C,下降较慢,IGBT,中双极型,PNP,晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而,IGBT,的开关速度低于电力,MOSFET,。,（,1,）,最大集射极间电压,U,CES,由内部,PNP,晶体管的击穿电压确定；,（,2,）最大集电极电流,包括额定直流电流,I,C,和,1ms,脉宽最大电流,I,CP,；,（,3,）最大集电极功耗,P,CM,正常工作温度下允许的最大功耗。,（,2,）,IGBT,的的特性和参数特点总结：,IGBT,开关速度高，开关损耗小；,在相同电压和电流情况下，,IGBT,的安全工作区比,GTR,大，具有耐脉冲电流冲击能力；,高压时,IGBT,通态压降比电力,MOSFET,低；,IGBT,输入阻抗高，输入特性与电力,MOSFET,类似。,谢谢！,